• TCP和UDP區(qū)別

區(qū)別

• TCP和UDP編程區(qū)別

TCP編程的服務(wù)器端一般步驟是：
　　1届垫、創(chuàng)建一個(gè)socket驮肉，用函數(shù)socket()拇勃；
　　2四苇、設(shè)置socket屬性，用函數(shù)setsockopt(); * 可選
　　3方咆、綁定IP地址月腋、端口等信息到socket上，用函數(shù)bind();
　　4、開(kāi)啟監(jiān)聽(tīng)榆骚，用函數(shù)listen()片拍；
　　5、接收客戶(hù)端上來(lái)的連接妓肢，用函數(shù)accept()捌省；
　　6、收發(fā)數(shù)據(jù)碉钠，用函數(shù)send()和recv()纲缓，或者read()和write();
　　7、關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連接放钦；
　　8色徘、關(guān)閉監(jiān)聽(tīng)；

TCP編程的客戶(hù)端一般步驟是：
　　1操禀、創(chuàng)建一個(gè)socket，用函數(shù)socket()横腿；
　　2颓屑、設(shè)置socket屬性，用函數(shù)setsockopt();* 可選
　　3耿焊、綁定IP地址揪惦、端口等信息到socket上，用函數(shù)bind();* 可選
　　4罗侯、設(shè)置要連接的對(duì)方的IP地址和端口等屬性器腋；
　　5、連接服務(wù)器钩杰，用函數(shù)connect()纫塌；
　　6、收發(fā)數(shù)據(jù)讲弄，用函數(shù)send()和recv()措左，或者read()和write();
　　7、關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連接避除；

與之對(duì)應(yīng)的UDP編程步驟要簡(jiǎn)單許多怎披，分別如下：
　　UDP編程的服務(wù)器端一般步驟是：
　　1、創(chuàng)建一個(gè)socket瓶摆，用函數(shù)socket()凉逛；
　　2、設(shè)置socket屬性群井，用函數(shù)setsockopt();* 可選
　　3状飞、綁定IP地址、端口等信息到socket上，用函數(shù)bind();
　　4昔瞧、循環(huán)接收數(shù)據(jù)指蚁，用函數(shù)recvfrom();
　　5、關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連接自晰；

UDP編程的客戶(hù)端一般步驟是：
　　1凝化、創(chuàng)建一個(gè)socket，用函數(shù)socket()酬荞；
　　2搓劫、設(shè)置socket屬性，用函數(shù)setsockopt();* 可選
　　3混巧、綁定IP地址枪向、端口等信息到socket上，用函數(shù)bind();* 可選
　　4咧党、設(shè)置對(duì)方的IP地址和端口等屬性;
　　5秘蛔、發(fā)送數(shù)據(jù)，用函數(shù)sendto();
　　6傍衡、關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連接深员；

1、網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)程之間如何通信蛙埂？

本地的進(jìn)程間通信（IPC）有很多種方式倦畅，但可以總結(jié)為下面4類(lèi)：

• 1、消息傳遞（管道绣的、FIFO叠赐、消息隊(duì)列）
• 2、同步（互斥量屡江、條件變量芭概、讀寫(xiě)鎖、文件和寫(xiě)記錄鎖盼理、信號(hào)量）
• 3谈山、共享內(nèi)存（匿名的和具名的）
• 4、遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用（Solaris門(mén)和Sun RPC）

但這些都不是本文的主題宏怔！我們要討論的是網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)程之間如何通信奏路？首要解決的問(wèn)題是如何唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)進(jìn)程，否則通信無(wú)從談起臊诊！在本地可以通過(guò)進(jìn)程PID來(lái)唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)進(jìn)程鸽粉，但是在網(wǎng)絡(luò)中這是行不通的。其實(shí)TCP/IP協(xié)議族已經(jīng)幫我們解決了這個(gè)問(wèn)題抓艳，網(wǎng)絡(luò)層的“ip地址”可以唯一標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)焰宣，而傳輸層的“協(xié)議+端口”可以唯一標(biāo)識(shí)主機(jī)中的應(yīng)用程序（進(jìn)程）嗡呼。這樣利用三元組（ip地址恋日，協(xié)議吃挑，端口）就可以標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)程了票顾，網(wǎng)絡(luò)中的進(jìn)程通信就可以利用這個(gè)標(biāo)志與其它進(jìn)程進(jìn)行交互。

使用TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用程序通常采用應(yīng)用編程接口：UNIX BSD的套接字（socket）和UNIX System V的TLI（已經(jīng)被淘汰），來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程之間的通信。就目前而言对供，幾乎所有的應(yīng)用程序都是采用socket，而現(xiàn)在又是網(wǎng)絡(luò)時(shí)代氛濒，網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)程通信是無(wú)處不在产场，這就是我為什么說(shuō)“一切皆socket”。

模型

2舞竿、什么是Socket京景？

上面我們已經(jīng)知道網(wǎng)絡(luò)中的進(jìn)程是通過(guò)socket來(lái)通信的，那什么是socket呢骗奖？socket起源于Unix确徙，而Unix/Linux基本哲學(xué)之一就是“一切皆文件”，都可以用“打開(kāi)open –> 讀寫(xiě)write/read –> 關(guān)閉close”模式來(lái)操作重归。我的理解就是Socket就是該模式的一個(gè)實(shí)現(xiàn)米愿，socket即是一種特殊的文件，一些socket函數(shù)就是對(duì)其進(jìn)行的操作（讀/寫(xiě)IO鼻吮、打開(kāi)、關(guān)閉）较鼓，這些函數(shù)我們?cè)诤竺孢M(jìn)行介紹椎木。

socket一詞的起源：在組網(wǎng)領(lǐng)域的首次使用是在1970年2月12日發(fā)布的文獻(xiàn)IETF RFC33中發(fā)現(xiàn)的，撰寫(xiě)者為Stephen Carr博烂、Steve Crocker和Vint Cerf香椎。根據(jù)美國(guó)計(jì)算機(jī)歷史博物館的記載，Croker寫(xiě)道：“命名空間的元素都可稱(chēng)為套接字接口禽篱。一個(gè)套接字接口構(gòu)成一個(gè)連接的一端畜伐，而一個(gè)連接可完全由一對(duì)套接字接口規(guī)定√陕剩”計(jì)算機(jī)歷史博物館補(bǔ)充道：“這比BSD的套接字接口定義早了大約12年玛界。”

3悼吱、socket的基本操作

既然socket是“open—write/read—close”模式的一種實(shí)現(xiàn)慎框，那么socket就提供了這些操作對(duì)應(yīng)的函數(shù)接口。下面以TCP為例后添，介紹幾個(gè)基本的socket接口函數(shù)笨枯。

3.1、socket()函數(shù)（創(chuàng)建Socket）

int **socket**(int domain, int type, int protocol);

socket函數(shù)對(duì)應(yīng)于普通文件的打開(kāi)操作。普通文件的打開(kāi)操作返回一個(gè)文件描述字馅精，而socket()用于創(chuàng)建一個(gè)socket描述符（socket descriptor）严嗜，它唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)socket。這個(gè)socket描述字跟文件描述字一樣洲敢，后續(xù)的操作都有用到它漫玄，把它作為參數(shù)，通過(guò)它來(lái)進(jìn)行一些讀寫(xiě)操作沦疾。正如可以給fopen的傳入不同參數(shù)值称近，以打開(kāi)不同的文件。創(chuàng)建socket的時(shí)候哮塞，也可以指定不同的參數(shù)創(chuàng)建不同的socket描述符刨秆，socket函數(shù)的三個(gè)參數(shù)分別為：

• domain：即協(xié)議域，又稱(chēng)為協(xié)議族（family）忆畅。常用的協(xié)議族有衡未，AF_INET、AF_INET6家凯、AF_LOCAL（或稱(chēng)AF_UNIX缓醋，Unix域socket）、AF_ROUTE等等绊诲。協(xié)議族決定了socket的地址類(lèi)型送粱，在通信中必須采用對(duì)應(yīng)的地址，如AF_INET決定了要用ipv4地址（32位的）與端口號(hào)（16位的）的組合掂之、AF_UNIX決定了要用一個(gè)絕對(duì)路徑名作為地址抗俄。
• type：指定socket類(lèi)型。常用的socket類(lèi)型有世舰，SOCK_STREAM动雹、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW跟压、SOCK_PACKET胰蝠、SOCK_SEQPACKET等等（socket的類(lèi)型有哪些？）震蒋。
• protocol：故名思意茸塞，就是指定協(xié)議。常用的協(xié)議有喷好，IPPROTO_TCP翔横、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP梗搅、IPPROTO_TIPC等禾唁，它們分別對(duì)應(yīng)TCP傳輸協(xié)議效览、UDP傳輸協(xié)議、STCP傳輸協(xié)議荡短、TIPC傳輸協(xié)議（這個(gè)協(xié)議我將會(huì)單獨(dú)開(kāi)篇討論Ｘね鳌）。

注意：并不是上面的type和protocol可以隨意組合的掘托，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP組合瘦锹。當(dāng)protocol為0時(shí)，會(huì)自動(dòng)選擇type類(lèi)型對(duì)應(yīng)的默認(rèn)協(xié)議闪盔。

當(dāng)我們調(diào)用socket創(chuàng)建一個(gè)socket時(shí)弯院，返回的socket描述字它存在于協(xié)議族（address family，AF_XXX）空間中泪掀，但沒(méi)有一個(gè)具體的地址听绳。如果想要給它賦值一個(gè)地址，就必須調(diào)用bind()函數(shù)异赫，否則就當(dāng)調(diào)用connect()椅挣、listen()時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)隨機(jī)分配一個(gè)端口。

3.2塔拳、bind()函數(shù)

正如上面所說(shuō)bind()函數(shù)把一個(gè)地址族中的特定地址賦給socket鼠证。例如對(duì)應(yīng)AF_INET、AF_INET6就是把一個(gè)ipv4或ipv6地址和端口號(hào)組合賦給socket靠抑。

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

函數(shù)的三個(gè)參數(shù)分別為：

• sockfd：即socket描述字量九，它是通過(guò)socket()函數(shù)創(chuàng)建了，唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)socket颂碧。bind()函數(shù)就是將給這個(gè)描述字綁定一個(gè)名字娩鹉。

• addr：一個(gè)const struct sockaddr *指針，指向要綁定給sockfd的協(xié)議地址稚伍。這個(gè)地址結(jié)構(gòu)根據(jù)地址創(chuàng)建socket時(shí)的地址協(xié)議族的不同而不同，如ipv4對(duì)應(yīng)的是：

  <pre style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word;">struct sockaddr_in {
  sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */
  in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */
  struct in_addr sin_addr;   /* internet address */
  };
  /* Internet address. */
  struct in_addr {
  uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
  };</pre>
  

  ipv6對(duì)應(yīng)的是：

  <pre style="margin-top: 0px; margin-bottom: 0px; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word;">struct sockaddr_in6 { 
  sa_family_t     sin6_family;   /* AF_INET6 */ 
  in_port_t       sin6_port;     /* port number */ 
  uint32_t        sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */ 
  struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address */ 
  uint32_t        sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */ 
  };
  struct in6_addr { 
  unsigned char   s6_addr[16];   /* IPv6 address */ 
  };</pre>
  

• addrlen：對(duì)應(yīng)的是地址的長(zhǎng)度戚宦。

通常服務(wù)器在啟動(dòng)的時(shí)候都會(huì)綁定一個(gè)眾所周知的地址（如ip地址+端口號(hào)）个曙，用于提供服務(wù)，客戶(hù)就可以通過(guò)它來(lái)接連服務(wù)器受楼；而客戶(hù)端就不用指定垦搬，有系統(tǒng)自動(dòng)分配一個(gè)端口號(hào)和自身的ip地址組合。這就是為什么通常服務(wù)器端在listen之前會(huì)調(diào)用bind()艳汽，而客戶(hù)端就不會(huì)調(diào)用猴贰，而是在connect()時(shí)由系統(tǒng)隨機(jī)生成一個(gè)。

3.3河狐、網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序與主機(jī)字節(jié)序

主機(jī)字節(jié)序：就是我們平常說(shuō)的大端和小端模式：不同的CPU有不同的字節(jié)序類(lèi)型米绕，這些字節(jié)序是指整數(shù)在內(nèi)存中保存的順序瑟捣，這個(gè)叫做主機(jī)序。引用標(biāo)準(zhǔn)的Big-Endian和Little-Endian的定義如下：

a) Little-Endian就是低位字節(jié)排放在內(nèi)存的低地址端栅干，高位字節(jié)排放在內(nèi)存的高地址端迈套。

b) Big-Endian就是高位字節(jié)排放在內(nèi)存的低地址端，低位字節(jié)排放在內(nèi)存的高地址端碱鳞。

網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序：4個(gè)字節(jié)的32 bit值以下面的次序傳輸：首先是0～7bit桑李，其次8～15bit，然后16～23bit窿给，最后是24~31bit贵白。這種傳輸次序稱(chēng)作大端字節(jié)序。由于TCP/IP首部中所有的二進(jìn)制整數(shù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)都要求以這種次序崩泡，因此它又稱(chēng)作網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序禁荒。字節(jié)序，顧名思義字節(jié)的順序允华，就是大于一個(gè)字節(jié)類(lèi)型的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存放順序圈浇，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)沒(méi)有順序的問(wèn)題了。所以：在將一個(gè)地址綁定到socket的時(shí)候靴寂，請(qǐng)先將主機(jī)字節(jié)序轉(zhuǎn)換成為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序磷蜀，而不要假定主機(jī)字節(jié)序跟網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序一樣使用的是Big-Endian。由于這個(gè)問(wèn)題曾引發(fā)過(guò)血案百炬！公司項(xiàng)目代碼中由于存在這個(gè)問(wèn)題褐隆，導(dǎo)致了很多莫名其妙的問(wèn)題，所以請(qǐng)謹(jǐn)記對(duì)主機(jī)字節(jié)序不要做任何假定剖踊，務(wù)必將其轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序再賦給socket庶弃。

3.4、listen()德澈、connect()函數(shù)

如果作為一個(gè)服務(wù)器歇攻，在調(diào)用socket()、bind()之后就會(huì)調(diào)用listen()來(lái)監(jiān)聽(tīng)這個(gè)socket梆造，如果客戶(hù)端這時(shí)調(diào)用connect()發(fā)出連接請(qǐng)求缴守，服務(wù)器端就會(huì)接收到這個(gè)請(qǐng)求。

 int listen(int sockfd, int backlog);

 int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

listen函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)即為要監(jiān)聽(tīng)的socket描述字镇辉，第二個(gè)參數(shù)為相應(yīng)socket可以排隊(duì)的最大連接個(gè)數(shù)屡穗。socket()函數(shù)創(chuàng)建的socket默認(rèn)是一個(gè)主動(dòng)類(lèi)型的，listen函數(shù)將socket變?yōu)楸粍?dòng)類(lèi)型的忽肛，等待客戶(hù)的連接請(qǐng)求村砂。

connect函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)即為客戶(hù)端的socket描述字，第二參數(shù)為服務(wù)器的socket地址屹逛，第三個(gè)參數(shù)為socket地址的長(zhǎng)度础废⊙绰睿客戶(hù)端通過(guò)調(diào)用connect函數(shù)來(lái)建立與TCP服務(wù)器的連接。

3.5色迂、accept()函數(shù)

TCP服務(wù)器端依次調(diào)用socket()香缺、bind()、listen()之后歇僧，就會(huì)監(jiān)聽(tīng)指定的socket地址了图张。TCP客戶(hù)端依次調(diào)用socket()、connect()之后就想TCP服務(wù)器發(fā)送了一個(gè)連接請(qǐng)求诈悍。TCP服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)到這個(gè)請(qǐng)求之后祸轮，就會(huì)調(diào)用accept()函數(shù)取接收請(qǐng)求，這樣連接就建立好了侥钳。之后就可以開(kāi)始網(wǎng)絡(luò)I/O操作了适袜，即類(lèi)同于普通文件的讀寫(xiě)I/O操作。

    int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

accept函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)為服務(wù)器的socket描述字舷夺，第二個(gè)參數(shù)為指向struct sockaddr *的指針苦酱，用于返回客戶(hù)端的協(xié)議地址，第三個(gè)參數(shù)為協(xié)議地址的長(zhǎng)度给猾。如果accpet成功疫萤，那么其返回值是由內(nèi)核自動(dòng)生成的一個(gè)全新的描述字，代表與返回客戶(hù)的TCP連接敢伸。

注意：accept的第一個(gè)參數(shù)為服務(wù)器的socket描述字扯饶，是服務(wù)器開(kāi)始調(diào)用socket()函數(shù)生成的，稱(chēng)為監(jiān)聽(tīng)socket描述字池颈；而accept函數(shù)返回的是已連接的socket描述字尾序。一個(gè)服務(wù)器通常通常僅僅只創(chuàng)建一個(gè)監(jiān)聽(tīng)socket描述字，它在該服務(wù)器的生命周期內(nèi)一直存在躯砰。內(nèi)核為每個(gè)由服務(wù)器進(jìn)程接受的客戶(hù)連接創(chuàng)建了一個(gè)已連接socket描述字每币，當(dāng)服務(wù)器完成了對(duì)某個(gè)客戶(hù)的服務(wù)，相應(yīng)的已連接socket描述字就被關(guān)閉琢歇。

3.6脯爪、read()、write()等函數(shù)

萬(wàn)事具備只欠東風(fēng)矿微，至此服務(wù)器與客戶(hù)已經(jīng)建立好連接了∩写В可以調(diào)用網(wǎng)絡(luò)I/O進(jìn)行讀寫(xiě)操作了涌矢，即實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)咯中不同進(jìn)程之間的通信！網(wǎng)絡(luò)I/O操作有下面幾組：

• read()/write()
• recv()/send()
• readv()/writev()
• recvmsg()/sendmsg()
• recvfrom()/sendto()

開(kāi)發(fā)語(yǔ)言不同可能讀寫(xiě)函數(shù)也就不同快骗，只要把自己想要發(fā)送的消息娜庇，以字節(jié)流的方式寫(xiě)入Socket或者從Socket讀出來(lái)即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的I/O操作塔次。

3.7、close()函數(shù)

在服務(wù)器與客戶(hù)端建立連接之后名秀，會(huì)進(jìn)行一些讀寫(xiě)操作励负，完成了讀寫(xiě)操作就要關(guān)閉相應(yīng)的socket描述字，好比操作完打開(kāi)的文件要調(diào)用fclose關(guān)閉打開(kāi)的文件匕得。

#include <unistd.h>
int close(int fd);

close一個(gè)TCP socket的缺省行為時(shí)把該socket標(biāo)記為以關(guān)閉继榆，然后立即返回到調(diào)用進(jìn)程。該描述字不能再由調(diào)用進(jìn)程使用汁掠，也就是說(shuō)不能再作為read或write的第一個(gè)參數(shù)略吨。

注意：close操作只是使相應(yīng)socket描述字的引用計(jì)數(shù)-1，只有當(dāng)引用計(jì)數(shù)為0的時(shí)候考阱，才會(huì)觸發(fā)TCP客戶(hù)端向服務(wù)器發(fā)送終止連接請(qǐng)求翠忠。

4、socket中TCP的三次握手建立連接詳解

SYN表示建立連接乞榨，

FIN表示關(guān)閉連接秽之，

ACK表示響應(yīng)，

PSH表示有 DATA數(shù)據(jù)傳輸吃既，

RST表示連接重置考榨。

我們知道tcp建立連接要進(jìn)行“三次握手”，即交換三個(gè)分組态秧。大致流程如下：

• 客戶(hù)端向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)SYN J

• 服務(wù)器向客戶(hù)端響應(yīng)一個(gè)SYN K董虱，并對(duì)SYN J進(jìn)行確認(rèn)ACK J+1

• 客戶(hù)端再想服務(wù)器發(fā)一個(gè)確認(rèn)ACK K+1

  只有就完了三次握手，但是這個(gè)三次握手發(fā)生在socket的那幾個(gè)函數(shù)中呢申鱼？請(qǐng)看下圖：

  
  
  socket中發(fā)送的TCP三次握手

從圖中可以看出愤诱，當(dāng)客戶(hù)端調(diào)用connect時(shí)，觸發(fā)了連接請(qǐng)求捐友，向服務(wù)器發(fā)送了SYN J包淫半，這時(shí)connect進(jìn)入阻塞狀態(tài)；服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)到連接請(qǐng)求匣砖，即收到SYN J包科吭，調(diào)用accept函數(shù)接收請(qǐng)求向客戶(hù)端發(fā)送SYN K ，ACK J+1猴鲫，這時(shí)accept進(jìn)入阻塞狀態(tài)对人；客戶(hù)端收到服務(wù)器的SYN K ，ACK J+1之后拂共，這時(shí)connect返回牺弄，并對(duì)SYN K進(jìn)行確認(rèn)；服務(wù)器收到ACK K+1時(shí)宜狐，accept返回势告，至此三次握手完畢蛇捌，連接建立。

5咱台、socket中TCP的四次握手釋放連接詳解

上面介紹了socket中TCP的三次握手建立過(guò)程络拌，及其涉及的socket函數(shù)。現(xiàn)在我們介紹socket中的四次握手釋放連接的過(guò)程回溺，請(qǐng)看下圖：

socket中發(fā)送的TCP四次握手

圖示過(guò)程如下：

• 某個(gè)應(yīng)用進(jìn)程首先調(diào)用close主動(dòng)關(guān)閉連接春贸，這時(shí)TCP發(fā)送一個(gè)FIN M；
• 另一端接收到FIN M之后馅而，執(zhí)行被動(dòng)關(guān)閉祥诽，對(duì)這個(gè)FIN進(jìn)行確認(rèn)。它的接收也作為文件結(jié)束符傳遞給應(yīng)用進(jìn)程瓮恭，因?yàn)镕IN的接收意味著應(yīng)用進(jìn)程在相應(yīng)的連接上再也接收不到額外數(shù)據(jù)雄坪；
• 一段時(shí)間之后，接收到文件結(jié)束符的應(yīng)用進(jìn)程調(diào)用close關(guān)閉它的socket屯蹦。這導(dǎo)致它的TCP也發(fā)送一個(gè)FIN N维哈；
• 接收到這個(gè)FIN的源發(fā)送端TCP對(duì)它進(jìn)行確認(rèn)。
  這樣每個(gè)方向上都有一個(gè)FIN和ACK登澜。